Las nanopartículas permiten que los ratones vean la luz infrarroja cercana

ARRIBA: Corte de retina de ratón con bastones en verde, glía de Müller en rojo y núcleos en azulCREDITO: TIAN XUE

Sin gafas de visión nocturna , los mamíferos no tienen esperanza de ver la luz infrarroja, que tiene longitudes de onda más largas que la luz en el espectro visible. Pero en un estudio publicado hoy (28 de febrero) en Cell, los investigadores inyectaron nanopartículas en las retinas de los ratones, lo que les dio a los roedores la capacidad de ver el infrarrojo cercano (near-IR ) a aproximadamente la mitad de la resolución de la luz visible.

“Este es uno de los documentos más originales y creativos que he visto en mucho tiempo” dice Cris Niell, neurocientífico de la Universidad de Oregón que no participó en el trabajo. «Consiguieron una visión cercana al IR, no diseñando el cerebro o la retina en sí, sino [utilizando] la física para convertir el infrarrojo en luz verde». le dice a El científico, “y la belleza de eso es que permite…

El coautor Tian Xue, científico de la visión en la Universidad de Ciencias & Technology of China, dice que el trabajo comenzó cuando se sentó con Gang Han, un científico de materiales de la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts. Una de las especialidades de Hans son las nanopartículas de conversión ascendente, que convierten longitudes de onda de luz largas en longitudes de onda más cortas. Debido a que los mamíferos solo ven luz que tiene entre 400 y 700 nanómetros, a Xue se le ocurrió que podría ser posible usar las nanopartículas para extender el espectro visual de los animales.

Es una idea muy inteligente que puedan aprovechando los circuitos existentes en la retina.

Meg Veruki, Universidad de Bergen

Han, Xue y sus colegas primero intentaron inyectar las nanopartículas en las retinas de ratones adultos, pero no fue hasta que recubrieron las partículas con la proteína concanavalina Aa que se une a los azúcares y las proteínas que cubren los fotorreceptores del ratón, las nanopartículas se distribuyeron de manera bastante uniforme a través de la retina y se adhirieron firmemente a los bastones y conos. Descubrieron que, cuando se exponían a la luz infrarroja cercana de unos 980 nanómetros, las nanopartículas emitían luz en el rango de 550 nanómetros, que aparece de color verde en el espectro visible.

Luego, los autores realizaron registros electrofisiológicos de fotorreceptores individuales para muestran que las células recubiertas fueron activadas por luz infrarroja cercana. También demostraron a través de electrorretinogramas y electrofisiología en la corteza visual que la luz infrarroja activaba los circuitos de la retina y que las señales de esos circuitos se comunicaban al cerebro.

A continuación, los investigadores evaluaron si las señales que rastrearon desde fotorreceptores individuales hasta el cerebro significaba que los animales podían ver la luz del infrarrojo cercano. Primero mostraron que las pupilas de los ratones inyectados, pero no los controles, se contraían cuando se exponían a una luz de 980 nanómetros. Luego, dieron a los animales la opción de elegir entre dos cajas: una que estaba completamente oscura y otra iluminada con luz infrarroja cercana. Los ratones de control pasaron la misma cantidad de tiempo en las dos cajas, pero los ratones con nanopartículas inyectadas en sus retinas preferían la caja oscura, lo que sugiere que podían percibir la luz del infrarrojo cercano y preferían estar en la oscuridad.

Esta imagen muestra nanopartículas, en verde, uniéndose a los bastones (violeta) y conos (rojo) de la retina del ratón.Y. Ma et al., 2019

Una vez que el equipo de investigación supo que los animales podían percibir la luz, investigaron si los ratones podían distinguir formas. Entrenaron animales para encontrar la salida de un laberinto de agua en forma de Y mediante una figura que se proyectó en una pantalla encima. Descubrieron que los animales con nanopartículas en la retina podían distinguir algunas formas, incluidos cuadrados y círculos, proyectados en luz infrarroja cercana tanto en la oscuridad como cuando había algo de luz visible. Pero la resolución espacial de la luz infrarroja cercana fue más baja, aproximadamente la mitad de la resolución espacial de la luz visual.

Especulamos que las nanopartículas también pueden activar los fotorreceptores cercanos, por lo que se ve un poco borroso, explica Xue. Las direcciones futuras del trabajo, dice, incluyen la modificación de las nanopartículas para mejorar su sensibilidad a la luz IR cercana y probar las inyecciones en animales más grandes, como cerdos y primates no humanos.

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Es una idea muy inteligente que puedan aprovechar los circuitos existentes en la retina, dice Meg Veruki, bióloga retinal de la Universidad de Bergen que no participó en el estudio. Han probado estas partículas en ratones y todo parece funcionar bastante bien, añade. Cómo adaptarían las partículas para ser utilizadas en el sistema visual humano, realmente no lo sé. Me preocuparían los efectos a largo plazo en animales o humanos al tener tales nanopartículas [permanentemente] en el ojo.

El hecho de que los autores no hayan visto efectos negativos obvios no significa que no haya efectos sutiles o más prolongados. Consecuencias a largo plazo de poner nanopartículas en el ojo, está de acuerdo Gregory Schwartz, un neurocientífico de la Universidad Northwestern que no participó en el trabajo. Otra pregunta importante sobre la percepción es qué le hace esto realmente a tu visión, dice. En este estudio, pudieron demostrar que la visión verde todavía estaba bien con sus pruebas algo crudas, pero no le estás preguntando a un ratón si ve todo exactamente como lo hacía antes. Sí, el mouse tiene visión de color verde y sí, tiene visión de color infrarrojo, pero eso no significa que no haya interacciones interesantes y más sutiles que puedan causar un problema.

Y. Ma et al., Visión de imágenes en el infrarrojo cercano de mamíferos a través de nanoantenas retinales autoalimentadas e inyectables, Cell,  doi:10.1016/j.cell.2019.01.038, 2019. 

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